硅酸盐熟料矿物的特性
水泥硅酸盐水泥熟料矿物的组成结构及其与胶凝性能的关系
C2S含量一般为 20%左右，在水泥熟料烧成过程中形成的硅酸
二钙，常常含有少量的杂质，如FeO、TiO2等——Belite（贝利
特）或B矿。
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二、硅酸盐水泥熟料矿物的结构
690oC
780-860oC
当温度降低到500℃后，β-C2S转变为γ-C2S，晶格进行重排，
比密度由β型的3.28转变为γ型的2.97，体积膨胀越10%，导
使比例恰当，才能使水泥熟料中生成适当的C 3 A和C 4 AF矿物。
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一、 硅酸盐水泥熟料中各氧化物的作用
(4) 氧化镁
含量不大时，以掺杂物的形态存在于其他水泥熟料
矿物和玻璃相中，此时对水泥安定性没有不良影响。
超过一定含量，以方镁石含量存在，引起水泥安定
性不良。(不超过5%)
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致熟料粉化。如果冷却速度很快，晶格重排来不及完成，
形成介稳的β-C2S。
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二、硅酸盐水泥熟料矿物的结构
β-C2S的结构特征
（1）在常温下存在的介稳的高温型矿物，因此，其结构具有
热力学的不稳定性。
（2）钙离子具有不规则配位，使其具有较高的活性。
（3）结构中的杂质和稳定剂的存在提高了其结构活性。
具有胶凝硬化能力的条件：
形成足够数量的水化物；这些水化物能否连生形成网状结构。
需满足两个必要条件：
形成水化物必须是稳定的，由水化物本身结构特性决定；
形成水化物有足够数量，能够彼此交叉，连生，在水泥浆体
空间形成连续的网状结构。由液相的过饱和度及其延续时间
决定。
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第四节
硅酸盐水泥的水化反应及机理
熟料特性
.4 硅酸盐水泥熟料的组成2.4.1 熟料的化学组成硅酸盐水泥熟料主要由CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3四种氧化物组成，含量占95%以上，此外还有少量其它氧化物。
四种主要氧化物含量的波动范围为：CaO 62～67% SiO220～24%Al2O34～7% Fe2O32.5～6.0%水泥熟料中各氧化物的含量对水泥的性质有极大影响，从氧化物的含量，大致可推断水泥的性质。
2.4.2 熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料中主要由以下四种矿物组成：硅酸三钙3CaO•SiO2，通常简写为C3S；硅酸二钙2CaO•SiO2，通常简写为C2S；铝酸三钙3CaO•Al2O3，通常简写为C3A；铁铝酸四钙4CaO•Al2O3•Fe2O3，通常简写为C4AF。
这四种主要矿物组成决定硅酸盐水泥的主要性质，在硅酸盐水泥熟料中，四种矿物占95%以上，C3S和C2S含量约占75%左右，称为硅酸盐矿物；C3A和C4AF约占22%左右，它们在1250～1280℃会熔融形成液相，促进C3S形成，称为熔剂矿物。
通常硅酸盐水泥熟料中，以上四种矿物组成含量波动范围如下：C 3S 37～60% C2S 15～37%C 3A 7～15% C4AF 10～18%另外，还有少量的游离氧化钙（f－CaO）、方镁石（结晶氧化镁）、含碱矿物和玻璃体等。
2.4.3 熟料的物理性能要求水泥熟料的性能在很大程度上决定了水泥的性能，熟料是水泥厂的半成品，近年来也越来越多地作为商品出售。
JC/853－1999对硅酸盐水泥熟料的物理性能提出了具体要求：初凝时间不得早于45min，终凝时间不得迟于390min；沸煮法检验安定性合格；熟料应不带有杂物，运输和储存应不与其他物品相混杂。
2.4.4 化学成分与矿物组成间的关系熟料中的主要矿物由各主要氧化物经高温煅烧化合而成，熟料矿物组成取决于化学组成，控制合适的熟料化学成分是获得优质水泥熟料的中心环节，根据熟料化学成分也可推测出熟料中各矿物的相对含量高低。
材料工程技术专业《硅酸盐水泥熟料的矿物组成》
硅酸盐水泥熟料的矿物组成在硅酸盐水泥熟料中，CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等并不是以单独的氧化物存在，而是以两种或两种以上的氧化物反响组合成各种不同的氧化物集合体，即以多种熟料矿物的形态存在。
这些熟料矿物结晶细小，通常为30～60um，因此，可以说硅酸盐水泥熟料是一种多矿物组成的、结晶细小的人造岩石。
1．熟料的矿物组成硅酸盐水泥熟料中的主要矿物有以下四种：硅酸三钙：3CaO·SiO2简写成C3S硅酸二钙：2CaO·SiO2 简写成C2S铝酸三钙：3CaO·Al2O3 简写成C3A铁铝酸四钙：4CaO·Al2O3·Fe2O3简写成C4AF另外，还有少量的游离氧化钙〔ƒ-CaO〕、方镁石〔即结晶氧化镁〕、含碱矿物以及玻璃体等。
硅酸三钙和硅酸二钙合称硅酸盐矿物，约占75%左右，要求最低为66%以上,它们是熟料的主要组分。
铝酸三钙和铁铝酸四钙合称熔剂矿物，约占22%左右。
硅酸盐矿物和熔剂矿物总和约占95%左右。
对于中等水化热、中等抗硫酸盐水泥熟料中的C3A≤％，C3S ＜％；高抗硫酸盐的水泥熟料中的C3A≤％，C3S＜％。
硅酸三钙和硅酸二钙都是硅酸盐矿物，硅酸盐水泥熟料的名称也由此而来。
在煅烧过程中，铝酸三钙和铁铝酸四钙与氧化镁、碱等在1250～1280℃开始会逐渐熔融成液相以促进硅酸三钙的顺利形成，因而把它们称之为熔剂性矿物。
四种主要矿物的含量一般范围及国内外局部水泥生产企业生产数据见表4-2。
表4-2 熟料矿物含量范围〔%〕〔1〕硅酸三钙①形成条件及其存在形式硅酸三钙是硅酸水泥熟料中的主要矿物，通常，它是在高温液相作用下，由先导形成的固相硅酸二钙吸收氧化钙而成。
现代研究及测试技术一致证明：水泥熟料中的硅酸三钙并不是以纯的C3S形式存在，而总是与少量的其他氧化物如A12O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。
这种固溶体在反光显微镜下的岩相照片为黑色多角形颗粒，将其定名为阿利物〔Alite〕，简称A矿。
水泥熟料矿物的特性(精)
水泥熟料矿物的特性硅酸三钙硅酸三钙是硅酸水泥熟料中的主要矿物，它是在高温液相作用下，由先导形成的固相硅酸二钙吸收氧化钙而成。
（1）矿物特征水泥熟料中的硅酸三钙并不是以纯的C3S形式存在，而总是与少量的其他氧化物如A12O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体。
这种固溶体在反光显微镜下的岩相照片为黑色多角形颗粒，将其定名为阿利物（Alite），简称A矿。
（2）水化特性硅酸三钙加水调和后，在其为断的与水发生反应的过程中，具有如下特性：ａ.水化较快，水化反应主要在28d以内进行，约经一年后水化过程基本完成；ｂ.早期强度高，强度的绝对值和强度的增进率较大。
其28d强度可以达到它一年强度的70%~80%，就28d或一年的强度来说，在四种主要矿物中硅酸三钙最高，它对水泥的性能起着主导作用。
ｃ.水化热较高，水化过程中释放出约500J/g的水化热；抗水性较差。
因此，如果要求水泥的水化热较低，抗水性较好时则宜适当降低熟料中的C3S含量。
硅酸二钙硅酸二钙由Ca O与SiO2化合而成，是硅酸盐水泥熟料中的主要矿物之一。
（1）矿物特征硅酸二钙通常因溶有少量氧化物A12O3、Fe2O3、MgO、R2O等面呈固溶体存在。
这种固溶少量氧化物的硅酸二钙称贝利特（Belite），简称B矿。
在硅酸盐水泥熟料中，贝利特呈圆粒状，但也可见其他不规则形状。
这是由于熟料在煅烧过程中，先固相反应形成的贝利特，其边棱再溶进液相，在液相中吸收CaO 反应生成阿利特所致。
在反光显微镜下，工艺条件正常的熟料中贝利特具有黑白交叉双晶条纹；在烧成温度低且冷却缓慢的熟料中，常发现有平行双晶。
（2）水化特性ａ.水化反应比C3S慢得多，至28d龄期仅水化20%左右，凝结硬化缓慢。
ｂ.早期强度低，但28d以后强度仍能较快增长，一年后其强度可以赶上甚至超过阿利特的强度.ｃ.水化热250J/g，是四种矿物中最小者；抗水性好，因而对大体积工程或处于侵蚀性大的工程用水泥，适当提高贝利特含量，降低阿利特含量是有利的。
通用硅酸盐水泥的定义及其熟料的主要矿物成分
通用硅酸盐水泥的定义及其熟料的主要矿物成分
通用硅酸盐水泥是一种常见的水泥类型，也称为普通硅酸盐水泥。
它
是一种由熟料和适量石膏混合而成的粉末状物质，通过加入适量的水
与其反应产生强度较高的固体材料。
通用硅酸盐水泥具有较高的强度、优良的耐久性和化学稳定性，广泛应用于建筑、道路、桥梁等工程领域。
通用硅酸盐水泥的熟料主要由以下矿物成分组成：
1. 硅酸盐类矿物：主要包括三种：三钙硅酸盐(C3S)、二钙硅酸盐(C2S)和三钙铝骨架硅酸盐(C3AS)。
其中，C3S是最主要的成分，占总量的50%~70%，它具有快速凝结和早期强度高等特点；C2S占总量
20%~30%，具有缓慢凝结和后期强度高等特点；C3AS占总量
5%~10%，对提高早期强度有一定作用。
2. 铝酸盐类矿物：主要包括二钙铝骨架硅酸盐(C2AS)和四钙铝骨架硅
酸盐(C4AS)。
它们的作用是增加水泥的耐久性和化学稳定性。
3. 铁酸盐类矿物：主要包括三钙铁骨架硅酸盐(C3AF)。
它对水泥的强
度和颜色有一定影响。
以上这些矿物成分在水泥生产过程中，通过高温下的反应生成熟料。
通用硅酸盐水泥的性能取决于这些矿物成分的含量和比例，因此在生产过程中需要严格控制各种原材料的配比和加工工艺，以保证最终产品质量。
总之，通用硅酸盐水泥是一种常见的建筑材料，其主要成分为C3S、C2S、C3AS、C2AS、C4AS和C3AF等硅酸盐、铝酸盐和铁酸盐类矿物。
这些成分在高温下反应生成熟料，通过与适量水混合反应形成强度较高的固体材料。
控制各种原材料的配比和加工工艺，可以保证通用硅酸盐水泥的品质和性能。
水泥熟料组成及特性
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第四节 水泥熟料组成及特性
③C3A结构特征
结构中的铝离子、钙离子具有较高活性； 结构中存在较大的“空穴”，水化速度快。
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第四节 水泥熟料组成及特性
④C4AF结构特征
C4AF也称才利特或C矿。在透射光下，呈黄 褐色或褐色的晶体，有很高的折射率。其结 构特征为： 高温时形成一种固溶体，在铝原子取代铁 原子时引起晶格稳定性降低。
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大的水化速度。
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第四节 水泥熟料组成及特性
②C2S结构特征
C2S称为贝利特或简称B矿（因为没有纯的C2S ，固溶有MgO，Al2O3，Fe2O3 等） 。 C2S有4种晶型，在2130℃下烧至熔融为α型，1420°C为α′型，温度降至 675℃转变为β型，降到300~400℃转变为γ型。 强度以α型最高，以后随温度降低和晶型转变而降低，到γ型几乎没有强度， 体积膨胀10％，造成熟料粉化。
C4AF---呈棱柱状或圆粒状，反光能力强，在反光镜下呈亮白色，称为白色中间相。
School of Highway, Chang’an University长安大学公路学院来自第四节 水泥熟料组成及特性
①C3S结构特征
C3S称为阿利特或简称A矿（因为没有纯的C3S ，固
溶有MgO，Al2O3，Fe2O3 等）。其晶体断面 为六角形和棱柱形。
硅酸盐水泥熟料的主要矿物组成及水化特点
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硅酸盐水泥熟料中四种矿物成分的分子式
硅酸盐水泥熟料中四种矿物成分的分子式硅酸盐水泥熟料是一种重要的建筑材料，其主要成分是四种矿物，包括三钙硅酸盐（C3S）、二钙硅酸盐（C2S）、三钙铝酸盐（C3A）和四钙铝酸盐（C4AF）。
这些矿物的分子式和性质对水泥的性能有着重要影响。
本文将详细介绍这四种矿物的分子式、结构和性质。
一、三钙硅酸盐（C3S）1. 分子式：Ca3SiO52. 结构：三钙硅酸盐是由三个氧化钙离子和一个硅酸根离子组成的。
其晶体结构为立方晶系，每个氧化钙离子都被六个硅酸根离子所包围。
在水泥生产过程中，三钙硅酸盐是最常见的矿物之一，占据了约50%的比例。
3. 性质：三钙硅酸盐具有较高的活性和强度，它可以在水中迅速反应生成水化产物，并且可以形成坚实的胶凝体。
此外，三钙硅酸盐的结构稳定性较高，能够在高温下保持其结构完整性。
二、二钙硅酸盐（C2S）1. 分子式：Ca2SiO42. 结构：二钙硅酸盐是由两个氧化钙离子和一个硅酸根离子组成的。
其晶体结构为四方晶系，每个氧化钙离子都被四个硅酸根离子所包围。
在水泥生产过程中，二钙硅酸盐占据了约25%的比例。
3. 性质：与三钙硅酸盐相比，二钙硅酸盐的反应速度较慢，但其水化产物的强度较高。
此外，二钙硅酸盐可以在低温下形成水化产物，并且具有较好的耐久性。
三、三钙铝酸盐（C3A）1. 分子式：Ca3Al2O62. 结构：三钙铝酸盐是由三个氧化钙离子和两个氧化铝离子组成的。
其晶体结构为六方晶系，在水泥生产过程中占据了约10%的比例。
3. 性质：三钙铝酸盐具有较高的反应性，可以在短时间内迅速反应生成水化产物。
此外，三钙铝酸盐还可以与硫酸钙等其他物质反应生成硬化物，但其水化产物的强度较低。
四、四钙铝酸盐（C4AF）1. 分子式：Ca4Al2Fe2O102. 结构：四钙铝酸盐是由四个氧化钙离子、两个氧化铝离子和两个氧化铁离子组成的。
其晶体结构为六方晶系，与三钙铝酸盐相似，在水泥生产过程中占据了约10%的比例。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相 （1）铝酸三钙（tricalcium aluminate)
矿物水化特性
在1年后可赶上阿利特。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
※充填在阿利特和贝利特之间的铝酸盐、铁酸盐、组成不 定的玻璃体和含碱化合物等统称为中间相。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相 （1）铝酸三钙（tricalcium aluminate)
四、熟料矿物的特性 2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)
在熟料中，C2S不以纯的形式存在，总是与少量的其他氧
化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体，称之为
贝利特（Belite），简称B矿。 在反光显微镜下呈圆粒状，常具有黑白交叉双晶条纹。 常温下，B矿为介温态。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 4、游离氧化钙和方镁石 （1）游离氧化钙 （Free-lime或f-CaO）
※一次游离氧化钙结构比较致密，水化较慢通常三天后 水化反应明显。水化生成Ca(OH)2时，体积增加97.9%， 在硬化的水泥浆体中造成局部膨胀应力。因此过多的游 离氧化钙会引起3d以后强度倒缩，引起安定性不良。 我国回转窑游离氧化钙控制在1.5%以下，立窑控制在 3.0%以下。
15~37% 7~15% 10~18%
21
性
质
C3S 36%～60% 快 多
C2S 15%～37% 慢 少
C3A 7%～15% 最快 最多
C4AF 10%～18% 较快 中
矿物含量 水化凝结硬化速度 28天水化时放热量 强 度
早期
后期
高
高
低
高
低
低
低
低
耐腐蚀性
差
强
最差
中
对熟料主要 贡献
促进凝结 硬化，主 导早期后 期强度
R型为三方晶系，M型为单斜晶系，T型为三斜晶系
1
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
在熟料中，C3S不以纯的形式存在，总是与少量的其他氧 化物如Al2O3、Fe2O3、MgO、R2O等形成固溶体，称之为 阿利特（Alite），简称A矿。 在反光显微镜下为黑色多角形颗粒。 常温下，A矿晶型为M型或R型。
的特性 3、中间相
18
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相
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四种矿物性能比较
名称 含量范围 凝结硬化速度 水化放热量 强度 C3S 37~60% 快 多 高 C2S 慢 少 早期低、 后期高 C3A 最快 最多 低 C4AF 快 中 低
6
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)
纯C2S具有同质多晶现象。 纯C2S在1450℃以下有下列多晶转变：
1425 C 1160C 630 C H L ~ 680 500C 690C
形成:部分熔融液相被快速冷却来不及结晶而成为过冷凝体。 主要成分:Al2O3、Fe2O3、CaO以及少量MgO和R2O。 含量取决于液相量及冷却条件。 性能:不及晶体稳定，水化热较大； 可改善熟料性能与易磨性。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 4、游离氧化钙和方镁石 （1）游离氧化钙 （Free-lime或f-CaO）
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)
9
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)
2
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
3
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
4
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
矿物水化特性： •水化较快，水化反应主要在28d内进行，约经一年后水化 过程基本完成；
•水化热较高，抗水性较差;
•早期强度高，强度的绝对值和强度的增进率大，居四种 矿物之首，28d强度达一年强度的70%~80%。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性
1、硅酸三钙(tricalcium silicate)
纯C3S是在室温下存在的介稳的高温型矿物。 纯C3S具有同质多晶现象。
960 920 520 R M 3 M 2 M 1 C T3 C T2 C T1 1070C 1060C 990 C
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 2、硅酸二钙(ditricalcium silicate)
矿物水化特性：
贝利特水化较慢，28天仅水化20％左右；
贝利特的水化热较小，抗水化性好，适合用于大体积工
程或处于侵蚀性大的工程用水泥；
凝结固化较慢，早期强度低，但后期强度增长率较髙，
780~860℃ ※若还原性气氛，温度低，液相量不足，在500℃以下， C2S由密度 α型为三方或六方晶系；α′型为斜方晶系；β型为单斜晶系； γ型 3.28kg/m3的β型转变为密度2.97kg/m3的γ型，体积膨胀10％而 为斜方晶系。H表示高温型，L表示低温型。 使熟料粉化。
7
第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
水化快，凝结快；
水化热高，干缩变形大，脆性大，耐磨性差，抗硫酸
盐性能差； 早强较高，但绝对值不高。3d发挥出大部分强度，以 后不增长，甚至倒缩。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相 （2）铁相固溶体(ferrite solid solution)
熟料中铁相较复杂。铁铝酸四钙代表的是一系列连续的 铁相固溶体。通常固溶有少量的MgO、 SiO2等氧化物， 称之为才利特（Celite）或C矿。 在反光镜下其反射能力强，呈亮白色，并填充在A矿与B 矿之间，也称白色中间相。
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 4、游离氧化钙和方镁石 （2）方镁石 ※少量的MgO可以进入熟料矿物中形成固溶体，或溶于
液相中。如果MgO含量过多会以方镁石结晶存在，这种 高温煅烧的方镁石，其水化速度比游离氧化钙更慢，几 个月甚至几年才明显反映出来。水化生成Mg(OH)2 时， 体积膨胀148%，在水泥石内产生应力，轻者会降低水泥 制品强度，重者会造成水泥制品破坏。
与凝结无关，主 导后期强度
主导凝结， 早期强度
改进抗折强 度
四种矿物性能比较
28d内绝对强度：C3S＞C4AF＞C3A＞C2S 水 化 速 度：C3A＞ C4AF＞ C3S＞C2S 水 化 热： C3A＞ C3S＞ C4AF＞ C2S
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相 （4）玻璃相(glass )
对水泥 游离氧化钙指熟料中未化合的氧化钙，也称游离石灰。 种类 产生原因 特点 结构疏松多孔 安定的 影响性 不大
欠烧f-CaO 熟料煅烧过程中因欠烧、漏 生，在1100~1200℃低温下形 成
一次f-CaO 因配料不当、生料过粗或煅 呈“死烧状态”， 大 烧不良，尚未与S、A、F反应 结构致密 而残留的CaO 二次f-CaO 熟料慢冷或还原气氛下，C3S 经过高温，水化较 较大 分解而形成的 慢
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第三节 硅酸盐水泥熟料的组成
四、熟料矿物的特性 3、中间相 （2）铁相固溶体(ferrite solid solution)
矿物水化特性 • 水化速度：早期介于C3A、C3S间，后期的发展不如C3S; • 水化热较C3A低，抗冲击性能和抗硫酸盐性能较好； • 早期强度似C3A，后期能增长，似C2S。